环氧树脂/碳纳米管纤维复合材料的微观结构设计与力学性能

摘要整理

本文通过酸处理和环氧树脂浸渍的后纺丝工艺对碳纳米管（CNT）纤维进行了化学改性。热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱表征表明，酸处理降低了CNT纤维中的杂质含量，并在纳米管表面诱导形成羧基官能团，这有利于提高纤维强度；但同时在纳米管表面产生的缺陷对弹性模量产生负面影响。环氧树脂浸渍后，CNT纤维的孔隙被环氧树脂填充，通过聚合物链缠绕在纳米管周围的机械锁定或羧基官能化纳米管之间的共价键形成，改善了CNT束之间的界面相互作用。对比酸处理前后环氧树脂/CNT纤维的力学性能表明，环氧树脂浸渍前用酸预处理纤维导致最终模量降低。未酸处理的环氧树脂/CNT纤维的模量达到103 N/tex，比酸处理样品高约20%。酸处理在环氧树脂浸渍前在CNT表面产生官能团，通过环氧链与CNT之间的强反应增强纤维强度；另一方面，酸处理对CNT造成的结构缺陷导致弹性模量的降低。研究结果表明，在改性工艺中需要平衡强度增益与模量损失之间的关系。

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